KAGE：一种适用于Linux的可扩展高效内核保护方法

《ACM Transactions on Architecture and Code Optimization》：KAGE: A Scalable and Efficient Kernel Protection Methods for Linux

　　

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摘要

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内核的可扩展性虽然带来了灵活性和功能性，但由于缺乏内存安全性，也给内核带来了重大的安全风险。然而，目前的技术手段难以在运行时既高效地进行地址检查，又能全面保护内核内存空间免受插入模块的威胁。最新的硬件特性——内存保护密钥（MPK），为高效实现内核内存隔离提供了新的可能。

本文提出了一种轻量级的内存保护机制KAGE，该机制利用运行时内存信息以及新兴的MPK技术。KAGE能够跟踪内核与模块内存之间的运行时权限切换，从而判断要访问的目标内存是否属于该模块，进而防止未经授权的模块外内存访问。为降低跟踪所有内存地址权限所带来的高开销，KAGE借助MPK来监控模块与内核之间保护域的切换，并在访问时检查权限。KAGE还解决了在内核中使用MPK时面临的三个问题：以页面大小为单位支持大小可变的内核对象、确保内核中的控制流完整性以及保护MPK的完整性。

实验结果表明，在隔离10GbE网络驱动程序和ext4文件系统时，KAGE带来的开销极小，最多仅为2%。

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